Diagnostico de la generación de agua residual en los procesos de destilación y evaporación del proceso de obtención de la glicerina.
Producción de lejía.
La glicerina que se obtiene en la planta de AZULK S.A. tiene como materia prima las lejías, producto del proceso de saponificación, el cual consiste en la reacción de una grasa con un álcali, para obtener jabón y glicerol, según la siguiente reacción:
Acido graso
+ Sosa
jabón
+ Glicerol
+
+
3NaOH
Las grasas son bombeadas de los tanques de almacenamiento a las pailas junto con la soda caustica, estas dos materias primas llegan al mismo tiempo a la paila para dar comienzo a la reacción; a medida que se van adicionando las materias primas se va agregando agua y vapor directo para mezclar la masa que se va formando. Una vez terminada la adición de las materias primas, se mantiene la agitación por medio de vapor hasta tener la certeza de que se completo la reacción. Posterior a esto, se adiciona sal para lograr la separación de la lejía y la masa de jabón, dejando reposar la mezcla durante un periodo de d e 8 a 10 horas, después del cual se obtienen tres fases:
Jabón Níger Lejías
Dependiendo del tipo de jabón que se va a fabricar, se utiliza grasa de diferente calidad, la cual produce lejías con diferente contenido de glicerol, que se pueden apreciar en la tabla 1.
Tabla 1. Contenido de glicerol en lejía. TIPO DE JABON
GRASA UTILIZADA
GLICEROL EN LEJIA (% en peso)
Jabones de lavar azules
Sebo Nacional Tipo C Sebo Americano Ácidos Grasos
8-10
Jabón de lavar blanco (Coco)
Sebo Nacional Tipo A Aceite de Palmiste
10-12
jabón base de tocador
Sebo Americano Aceite de Palmiste
12-15
Por último, la lejía es retirada del fondo de la paila para ser llevada a unos tanques horizontales de almacenamiento, donde se mezclan todas las lejías producidas en la fabricación de los diferentes tipos de jabón, este tanque es el alimentador de materia prima para la planta de recuperación de glicerina. La composición de la lejía en este tanque alimentador se visualiza en la tabla 2.
Tabla 2. Composición promedio de la lejía utilizada en la planta de recuperación. COMPONENTE
COMPOCICIÓN (% en peso) 10-15 Glicerol 7-12 Cloruros 0,1-0,3 Soda Caustica 73-78 Humedad 1-5 Residuos Orgánicos e Impurezas
Proceso de obtención de glicerina en AZULK S.A.
El proceso de glicerina se realiza en la planta de forma discontinua o por lotes en cada una de las etapas que lo comprenden siendo estas analizadas afondo a continuación, en…. El anexo D…. Se muestran las especificaciones de bomba y
tanques de planta. 1. 2. 3. 4. 5.
Tratamiento químico Concentración por evaporación Purificación por destilación Blanqueo Empaque.
Cada una de las etapas del proceso mencionadas serán analizadas con detalle incluyendo cada uno de los componentes que las comprenden. En...Anexo E…Se presenta el plano general de la planta de recuperación de la glicerina en tres dimensiones.
Tratamiento químico
El tratamiento químico se realiza con el fin de convertir algunos componentes de las lejías solubles en insolubles para posteriormente removerlas por filtración; este es el caso del jabón disuelto y algunas impurezas en la lejía. El tratamiento químico también se realiza por la necesidad de neutralizar las lejías para evitar daños en las tuberías y equipos de operaciones posteriores. La lejía es alimentada a esta operación desde el tanque de lejías ubicadas en el exterior de la plata por medio de una bomba que alimenta a esta etapa; en la figura 26.se muestra el proceso por medio de un diagrama de flujo. El proceso de tratamiento químico está compuesto por dos etapas que son: 1. Tratamiento acido 2. Tratamiento alcalino Cada uno de estos cumple una función específica dentro del proceso y son analizados a fondo a continuación.
Tratamiento Acido
Estando la lejía lista para ser tratada se inyecta vapor a la tubería para eliminar trazas de jabon y asi evitar taponamiento de tuberías y obstrucción de bombas; realizado este paso la lejía se bombea desde el silo hasta la paila de tratamiento;
a medida que se va llenando la paila con la lejía, se adiciona HCL para disminuir el PH, desdoblar el jabón, ajustar el PH para la acción del agente coagulante y controlar la formación de espuma. La paila cuenta con un sistema de agitación, que funciona con aire suministrado por un compresor y llega hasta un anillo con agujeros ubicado en el fondo de la paila, desde donde sale el aire y agita la mezcla. El desdoblamiento del jabón está dado por la siguiente reacción:
Un método para la medida aproximada de la alcalinidad se utiliza para los operarios y consiste, en que, en el momento en el cual no exista formación de espuma en la paila, indica que esta se encuentra en un pH acido. Una vez alcanzada la capacidad de la paila se toma una muestra de lejía para realizar el análisis de alcalinidad con la cual se estima la cantidad necesaria total de ácido clorhídrico a adicionar, esta decisión es tomada por el operario a cargo y el éxito depende de su experiencia. La agitación se mantiene por un lapso de 45 minutos, obtenido el PH optimo se agrega sulfato de aluminio [Al 2(SO4)3] y se agita para homogeneizar el sulfato en la lejía; realizada esta operación se deja en reposo por un tiempo mínimo de 40 minutos, transcurrido este tiempo se asume que los coágulos están formados y la lejía esta lista para ser filtrada en los filtros prensa. La lejía que escapa entre las placas cae a la batea de mal filtrados y se recircula nuevamente al proceso. Actualmente del filtro prensa F-2 está fuera de servicio debido a daños en las placas y marcos de este tal que la filtración se realiza únicamente con el filtro F-1. La lejía filtrada es almacenada en un tanque intermedio (tanque 1 ). Las condiciones a las cuales se realiza y las cantidades promedio adicionadas en la etapa de tratamiento acido se encuentran en el cuadro 18.
Tratamiento Alcalino. La lejía almacenada en el tanque intermedio (tanque 1 ),
es bombeada hasta la paila de tratamiento alcalino ( paila 2 ), en donde se adiciona soda caustica al 50% en peso. La adición de soda se adiciona mientras se está cargando la paila para aprovechar la turbulencia y obtener una mezcla homogénea, sin embargo la paila se agita por medio de aire durante 40 minutos, ya la lejía neutra se filtra nuevamente si no hay acumulación de lejías en el silo de lejías, de lo contrario la lejía es bombeada de nuevo al tanque 1 y desde este se bombea a el tanque nuevo. Sin embargo la filtración se realiza de modo parcial a la lejía neutra. Debido a que como se mencionó anteriormente el filtro prensa F-2 está fuera de servicio. En el tanque nuevo por lo general la lejía se mezcla con lejías de operaciones anteriores y desde allí es bombeada para la etapa de concentración por evaporación. Las condiciones a las cuales se realiza y las cantidades promedio adicionadas en la etapa de tratamiento alcalino pueden ser observadas en el cuadro 19.
Concentración por evaporación. Estando la lejía tratada en el tanque nuevo, se
procede con la etapa de concentración por evaporación, esta se realiza para aumentar la concentración del glicerol en la lejía desde el 14% hasta 75% en peso, retirando sal y agua de la lejía. La lejía tratada se pasa desde el tanque nuevo hasta el evaporador de doble efecto E-1 y E-2 donde se retira agua y se recupera sal en el desalador, la lejía semi-cruda es almacenada en los tanques 2 A y 3, desde donde se bombea a el tercer evaporador E-4 que es de efecto simple. El sistema de vacío SB-1 se utiliza para los dos evaporadores y trabaja a una presión aproximada de 1.8 psi de vacio. El diagrama del proceso es mostrado en la figura 27.
Las composiciones de entrada y salida a la etapa de concentración por evaporación se muestra a continuación en el cuadro 20. Primera evaporación. Inicialmente la lejía es bombeada desde el tanque nuevo
hasta el primer evaporador cuando ya se ha alcanzado una presión de vacio correspondiente a 1.8 psi; el evaporador de E-1 es llenado por medio de una bomba y por medio de vacío se alimenta el evaporador E-2, ambos evaporadores inicialmente se alimentan hasta las mirillas inferiores. Realizados este procedimiento se abre el paso al el vapor que es de baja presión para calentar la lejía hasta 338°K (65°C ), a través del intercambiador de coraza y tubos ( con 100 tubos de cobre, longitud de dos metros, arreglo triangular y de 1 ¼ in). Los volátiles producidos a esta temperatura generados en el evaporador E-2 calentando así la lejía que se encuentra en el. El reciclo de la lejía entre el intercambiador y el evaporador ocurre por un sistema de recirculación natural, que consiste en que, ha medida que la lejía se evapora en el intercambiador se retroalimenta la lejía en el evaporador por la parte superior y la lejía que se encuentra en el fondo del evaporador nuevamente entra a el intercambiador para continuar con el proceso, el motor impulsor de este proceso es la evaporación de la lejía en el intercambiador. La alimentación en los evaporadores es llevada a cabo por el operario y se realiza en el momento que el nivel de lejía se encuentra el la mirilla inferior de cualquiera de los dos evaporadores abriéndose la válvula y encendiendo la bomba para alimentar el primer evaporador o abriendo la válvula para el segundo según sea el caso requerido. Este proceso se lleva a cabo durante tres horas aproximadamente hasta que la lejía se concentra hasta una densidad de 28° Be en el segundo evaporador. La lejía se decarga en el desalador que contiene un tamiz que retiene la sal cristalizada; cargado el desalador se deja en reposo por un tiempo y se hace fluir la lejía hasta el tanque T-3 y de este hasta el tanque T-2ª. Después de descargar dos operaciones se inyecta vapor en paralelo a el desalador con el fin de hacer pasar el máximo de lejía a el tanque T-3 y así poder secar al máximo la sal retenida en la malla; esta sal es retirada manualmente por el operario almacenándola en canecas. El proceso se repite por aproximadamente 18 veces hasta completar la capacidad total de los tanques T-2ª y T-3, esta
operación tarda aproximadamente 3 días, finalizado el proceso el equipo debe limpiarse con agua y vapor para quedar listo para el siguiente lote.
Segunda evaporación. El proceso de segunda evaporación es realizado a la
lejía semicruda contenida en los tanques T-3 y T-2A, desde donde se bombea la lejía hasta el evaporador E-3 que es de efecto simple, el evaporador es alimentado hasta la mirilla superior, se levanta vacío con el sistema barométrico de vacío SB1. Se abre la válvula que permite el paso del vapor calentado así la lejía en el intercambiador. Iniciada la evaporación es importante verificar el nivel de la lejía que no puede estar por debajo de la mirilla inferior del evaporador evitando así cualquier avería en el equipo. La concentración tiene una duración de 2 ½ horas, hasta que a lejía alcanza los 32° Be. Alcanzada esta concentración se baja la lejía hasta el desalador y se deja en reposo mientras se mientras se carga una nueva operación. La lejía concentrada en el desalador nuevamente pasa por un tamiz que retiene la sal cristalizada y la lejía se almacena en los tanques T-4 y T-5. La sal recuperada es secada con vapor y se retira por cada operación realizada manualmente. El proceso de segunda evaporación es terminado hasta que son terminadas de evaporar las lejías contenidas en los tanques T-2 A y T-3, el tiempo normal para este proceso es de aproximadamente 60 horas. Purificación por destilación. La purificación se realiza destilando la lejía cruda
que se encuentra en los tanques T-4 y T-5 para obtener glicerina con una concentración del 99% en peso. Los equipos utilizados son el calderin de destilación D-1 y las torres de condensación C-1, C-2, C-3 y C4 ademas de los tanques T-4, T-5 T-6. El proceso de destilación esta provisto de su propio sistema de vacío SB-2 que permite el arrastre de vapor y glicerina hasta las torres diferenciales. La figura 28 presenta el diagrama proceso de manera sencilla. La lejía es precalentada en el tanque T-5 por medio de vapor indirecto, además se adiciona una pequeña cantidad de soda cáustica para hacer reaccionar de nuevo la grasa y convertirla en jabón. El proceso inicia levantándose vacío, una vez alcanzado este se regula el flujo de agua de enfriamiento en las torres de condensación, esta agua se enfría por recirculación. La lejía se alimenta mínimo hasta cubrirlos serpentines del calderín, el nivel de lejía se mantiene entre las dos mirillas del calderín, alimentado cuando se encuentra el nivel a la altura de la mirilla inferior. Alimentado el calderín se da paso al vapor de calefacción que alimenta a él serpentín, este se encuentra a una presión que oscila entre 140 y 150 psi aproximadamente.
Cuando la temperatura dentro del calderín ha alcanzado los 393°K ( 120°C ) se da paso a el vapor directo que llega hasta el calderín en el fondo y es suministrado por un anillo perforado, este vapor permite la agitación de la lejía e incrementar la temperatura de la lejía para aumentar el arrastre de glicerol con los volátiles de la lejía. El vapor directo permite elevar la temperatura de la lejía hasta 428°K (155°C). Los volátiles que salen del calderín son condensados en las torres; para facilitar la condensación las tres primeras torres cuentan en la parte superior con serpentines de refrigeración que permiten condensar el glicerol facilitando la transferencia de masa y enriqueciendo la glicerina sobre todo en las dos primeras torres. Estas dos torres acumulan el glicerol obtenido en un mismo colector que proporciona glicerina con una concentración mínima del 98% en peso, en caso contrario este colector es vaciado en el tanque T-6 a. la cuarta torre esta provista de un sistema tubular a lo largo de ella y en su parte superior un empaque con anillos Raschig, todo esto con el fin de asegurar la máxima condensación de glicerina y evitar pérdidas por arrastre; esta torre esta provista de un colector que proporciona glicerina con una concentración aproximada del 35% en peso la cual se recircula nuevamente hasta el tanque T-2 A para ser nuevamente evaporada por segunda. Una vez terminado el proceso de destilación con la glicerina del tanque T-6 a, se rompe el vacío hasta una temperatura de 353°K (80°C ), para así proceder con la remoción y descarga de la breas de destilación que son almacenadas en canecas metalizas para luego ser desechadas. Retiradas las breas el calderín es lavado con agua sin levantar vacío; realizado este lavado se realiza uno nuev o esta vez con vació para también limpiar las torres de condensación y de esta forma dejar el equipo listo para una nueva operación. Blanqueo. El blanqueo se realiza con el fin de retirar las pocas trazas de material
que producen un aspecto en el que la glicerina aparenta estar contaminada debido a su color amarillo. El proceso es representado por la figura 29. La glicerina es trasladada desde el tanque T-6 o T-7 según sea el caso hasta el tanque de blanqueo TM-1, este tanque esta provisto de sistema de agitación y serpentín de calentamiento, en el tanque la glicerina se calienta hasta 368°K ( 95 °C); a estas condiciones se adicionan 20 kilogramos de carbón activado y se mezcla muy bien hasta obtener homogeneidad, aproximadamente durante 30 minutos. La mezcla se hace pasar por un filtro prensa reteniendo de esta forma el carbón ectivado y eliminando el color de la glicerina. La glicerina blanqueada es almacenada en el tanque T-8 para su posterior empaque.
Empaque. El empaque de la glicerina se realiza desde el tanque T-8 en canecas
ubicadas sobre una báscula y justo debajo de la salida de tanque, se empacan 250 kilogramos de lejía por caneca pasando luego a bodega para su posterior distribución.
